ITGE20120071A1 - Sistema e metodo di monitoraggio di un territorio - Google Patents

Description

SISTEMA E METODO DI MONITORAGGIO DI UN TERRITORIO

DESCRIZIONE

CAMPO TECNICO

La presente invenzione si riferisce ai sistemi e metodi di monitoraggio ambientale, normalmente utilizzati per prevenire l’occorrenza di disastri ambientali, quali ad es. inondazioni, frane, smottamenti, dovuti ad intensi eventi precipitativi come pioggia e neve.

Più in dettaglio, l’invenzione si riferisce ad un sistema secondo il preambolo della rivendicazione 1 e ad un relativo metodo di monitoraggio.

STATO DELL'ARTE

E’ noto che importanti precipitazioni piovose possono causare inondazioni e smottamenti con danno alle popolazioni ed agli edifici.

Per la misurazione delle precipitazioni piovose à ̈ noto utilizzare pluviometri o misurare l’attenuazione di segnali a radiofrequenza in reti di telecomunicazioni terrestri, come reti di telefonia mobile. Queste soluzioni, tuttavia, permettono solo di misurare la pioggia precipitata o, comunque, in prossimità del suolo e non si prestano quindi ad interpretare in tempo reale il fenomeno atmosferico e comprendere gli effetti che esso può avere sul territorio.

Per misurare le precipitazioni piovose e fare previsioni atmosferiche à ̈ anche noto impiegare radar meteorologici che inviano impulsi a microonde in atmosfera e misurano l’intensità del segnale riflesso dal fronte piovoso. Quando impiegati in modalità “doppler†, questi radar permettono di misurare non solo l’intensità delle precipitazioni, ma anche la velocità di spostamento delle idrometeore e la loro turbolenza.

Per quanto efficaci nel fornire dati su territori molto estesi (fin oltre 120 Km di raggio) i radar meteorologici hanno un costo estremamente elevato che ne limita la diffusione; inoltre le loro caratteristiche non sono tali da poter monitorare in tempo reale eventi precipitativi ad alta e altissima intensità, come quelli occorsi nell’ottobre 2011 in Liguria, che sono particolarmente pericolosi se insistenti su bacini scoscesi e di piccole dimensioni (pochi chilometri quadrati) che hanno quindi tempi di risposta (tempi di corrivazione) tra la precipitazione e la discesa a fondo valle di poche diecine di minuti.

Altre tecniche per la misurazione delle precipitazioni piovose si basano su sistemi di telerilevamento satellitare. Un satellite in orbita non geostazionaria viene previsto di sensori a microonde o infrarosso (es. radiometri) da cui si ricavano dati che vengono utilizzati per realizzare mappe di pioggia. Uno dei problemi maggiori di questi sistemi à ̈ quello di andare a identificare e quantificare la presenza di gocce d’acqua in quota (secondo profili trasversali alla troposfera) che, però, non à ̈ detto precipitino; inoltre la frequenza di aggiornamento dei dati à ̈ limitata dal tempo di rivoluzione del satellite attorno alla Terra.

Altre soluzioni che impiegano satelliti per misurare le precipitazioni piovose, sono quelle basate sulla stima del ritardo troposferico agente sui segnali GNSS (Global Navigation Satellite System) ricevuti a terra. L’influenza della parte neutra dell’atmosfera sul segnale GNSS à ̈ quanto viene chiamato “ritardo troposferico†. L’elevata presenza di vapore acqueo (goccioline inferiori ai 0.1 micron) influisce in maniera sensibile sul segnale ed à ̈ pertanto ben osservabile, mentre una debole presenza di vapore acqueo e/o di debole pioggia influisce per non più del 10% di quanto prima. Dalla misura dell’intero ritardo troposferico (Total Zenith Delay) si può dunque giungere al cosiddetto Zenith Wet Delay (ritardo troposferico umido) e da questo alla valutazione del contenuto d’acqua precipitabile (Precipitable Water Vapor) presente nella colonna di atmosfera sovrastante il ricevitore GNSS.

Dai riassunti delle domande di brevetto giapponese JP4204193 e JP41322993 à ̈ poi nota l’idea di misurare l’intensità delle precipitazioni piovose partendo dalla differenza d’intensità di un segnale satellitare ricevuto a terra in condizioni di pioggia e di bel tempo. Questi riassunti non insegnano tuttavia ad utilizzare queste tecniche per monitorare territori e prevenire l’occorrenza di disastri ambientali.

SCOPI E RIASSUNTO DELL'INVENZIONE

E’ scopo della presente invenzione superare gli svantaggi dell'arte nota.

In particolare, à ̈ scopo della presente invenzione quello di presentare un sistema ed un metodo di monitoraggio ambientale che impieghi tecnologie a basso costo. Altro scopo à ̈ quello di presentare un sistema ed un metodo di monitoraggio ambientale che fornisca informazioni dettagliate ed in tempo reale sui fenomeni precipitativi intensi, così da permettere il monitoraggio di bacini a basso tempo di corrivazione.

In particolare à ̈ scopo della presente invenzione di poter determinare in maniera precoce, e possibilmente economica, stati di allerta, proporzionati alla pericolosità di un evento precipitativo monitorato e collocati in modo preciso nello spazio e nel tempo, prima che questi possano generare danni a persone o cose, in conseguenza dei loro effetti al suolo.

Questi ed altri scopi della presente invenzione sono raggiunti da un sistema ed un metodo di monitoraggio di un territorio che incorporano le caratteristiche delle rivendicazioni allegate, le quali formano parte integrante della presente invenzione.

L’idea alla base della presente invenzione à ̈ quella di prevedere un sistema di monitoraggio ambientale comprendente un sistema centrale ed una pluralità di unità di misura remote operativamente connesse al sistema centrale. Ogni unità di misura remota comprende un ricevitore, che riceve un segnale radio trasmesso da un satellite e misura la potenza di un segnale elettrico generato dalla ricezione del segnale radio. L’unità di misura comprende poi un trasmettitore per trasmettere al sistema centrale un dato associato alla potenza misurata insieme ad informazioni sul satellite trasmittente e sull’unità di misura stessa. Il sistema centrale comprende a sua volta un ricevitore per ricevere i dati trasmessi dalle unità di misura remote, ed un’unità processore operativamente connessa al ricevitore e configurata per calcolare, sulla base dei dati ricevuti dalle unità di misura, le traiettorie dei segnali radio ricevuti dalle unità di misura, l’intensità e la posizione sul territorio di fenomeni atmosferici che attenuano i segnali radio ricevuti da detta pluralità di unità di misura.

Questa soluzione offre il vantaggio di utilizzare strumentazione a basso costo per la misura, indiretta, della potenza di un segnale radio satellitare che, per sua natura, attraversa i fenomeni atmosferici che hanno luogo nella troposfera e quindi, nota la posizione delle antenne trasmittenti e riceventi (satellite ed unità di misura), permette di ricavare un’informazione sulla loro posizione e intensità, ad es. di pioggia o di carico di vapore acqueo. Il basso costo permette quindi l’installazione di una pluralità di unità di misura, in modo tale che sul territorio si abbia una fitta rete di strumenti di misura con cui monitorare territori di piccole dimensioni.

In una forma di realizzazione, il dato trasmesso dall’unità di misura remota à ̈ una differenza tra la potenza del segnale misurato ed una potenza di riferimento misurata per un segnale trasmesso dal satellite in condizioni di bel tempo; l’unità processore del sistema centrale calcola una misura dell’intensità delle precipitazioni piovose, l’andamento del pelo libero dell’acqua di almeno un corso d’acqua del territorio ed una valutazione delle aree a rischio inondazione.

In una forma di realizzazione alternativa, l’intensità delle precipitazioni piovose à ̈ calcolata a livello di unità di misura, la quale trasmette questo dato al sistema centrale; quest’ultimo calcola quindi l’andamento del pelo libero dell’acqua di almeno un corso d’acqua del territorio ed una valutazione delle aree a rischio inondazione.

In una forma di realizzazione, il sistema centrale à ̈ atto a calcolare una lunghezza della tratta del segnale radio interessata da precipitazioni atmosferiche, l’intensità delle precipitazioni piovose secondo la seguente formula:

√

dove R à ̈ l’intensità di precipitazione (es. pioggia) in mm/h, k ed sono costanti scelte in funzione della posizione del territorio e della frequenza e polarizzazione del segnale satellitare, à ̈ l’attenuazione specifica calcolata per il segnale radio ricevuto, detta attenuazione specifica essendo calcolata dividendo per la lunghezza della tratta interessata dalle precipitazioni il rapporto (espresso in dB) tra la potenza del segnale elettrico misurato ed una potenza di riferimento misurata per un segnale elettrico generato in risposta alla ricezione di un segnale radio trasmesso dallo stesso satellite in condizioni di bel tempo.

In una forma di realizzazione, il sistema centrale comprende ulteriormente mezzi di trasmissione per trasmettere segnali d’allarme ad almeno un’unità di allarme remota, ad esempio una centrale della polizia o della protezione civile, ma anche un semplice terminale o dispositivo in grado di generare un allarme locale.

Preferibilmente il sistema centrale à ̈ atto a trasmettere segnali d’allarme ad almeno un’unità di allarme remota posta in un’area del territorio in cui il rischio ambientale calcolato dall’unità processore supera un valore di soglia. In questo modo à ̈ possibile allertare la popolazione nei territori a rischio ambientale, ad esempio quelli a rischio d’inondazione.

Secondo una particolare forma di realizzazione, le unità di allarme comprendono almeno un terminale mobile (ad es. un telefono) ed il sistema centrale à ̈ atto ad inviare segnali d’allarme nella forma di messaggi di testo, ad esempio SMS o MMS, al terminale mobile. L’uso dei messaggio di testo da inviare a telefoni e terminali mobili connessi ad una rete telefonica, permette un tempestivo allarme ed un’informazione puntuale sul territorio, dato che la rete telefonica à ̈ a conoscenza dei terminali mobili che accedono ad ogni cella della rete.

In una forma di realizzazione, il ricevitore dell’unità di misura comprende un ricevitore GNSS. In questa forma di realizzazione, si misura il ritardo troposferico di un segnale di tipo GNSS. Data la frequenza dei segnali GNSS, questa soluzione permette di rilevare la presenza di vapore acqueo. Quest’informazione può quindi essere integrata alle informazioni che derivano dalla ricezione di altri tipi di segnali satellitari, in particolare quelli delle televisioni commerciali trasmessi in banda SHF, per fare previsioni accurate sui fenomeni atmosferici.

In un’altra forma di realizzazione, almeno un’unità di misura di detta pluralità à ̈ collegata ad un impianto televisivo domestico ed il segnale elettrico di cui si misura la potenza à ̈ il segnale trasmesso da un’antenna dell’impianto televisivo verso un ricevitore televisivo domestico.

Queste soluzioni, in cui si ricevono segnali televisivi o GNSS risultano particolarmente vantaggiose perché permettono di realizzare una rete di monitoraggio a basso costo sfruttando almeno parzialmente impianti e dispositivi già esistenti. L’uso del ricevitore GNSS, eventualmente anche di tipologia differente rispetto a quanto necessario per le valutazioni di cui sopra, permette di avere informazioni sempre aggiornate sulla posizione dell’unità di misura, il che permette, come si vedrà poi, di derivare correttamente la traiettoria del segnale radio satellitare e calcolare in modo corretto posizione e movimento di idrometeore.

In una forma di realizzazione, l’invenzione à ̈ poi rivolta anche ad un metodo per il monitoraggio di un territorio, in cui

- si ricevono in punti diversi del territorio una pluralità di segnali radio trasmessi da almeno un satellite,

- per ogni segnale radio ricevuto da un determinato satellite

o si calcola una lunghezza di una tratta del segnale radio interessata da precipitazioni atmosferiche,

o si misura la potenza di un segnale elettrico generato dalla ricezione del segnale radio,

o si calcola un rapporto tra la potenza misurata ed un valore di riferimento, detto valore di riferimento essendo una misura della potenza di un corrispondente segnale elettrico generato dalla ricezione di un segnale radio trasmesso dallo stesso satellite in condizioni di bel tempo,

o a partire da detto rapporto e da detta lunghezza della tratta, si stima l’intensità e la posizione delle precipitazioni che lo hanno attenuato rispetto alle condizioni di bel tempo,

sulla base delle informazioni sull’intensità e posizione delle precipitazioni che hanno attenuato detta pluralità di segnali radio ricevuti, si genera una mappa delle precipitazioni.

Secondo un altro aspetto, l’invenzione à ̈ poi rivolta anche ad un ricevitore televisivo satellitare, comprendente un ingresso d’antenna per il collegamento ad un antenna atta a ricevere segnali televisivi satellitari, e mezzi operativamente connessi all’ingresso d’antenna per decodificare i segnali elettrici presenti a detto ingresso d’antenna. Il ricevitore comprende ulteriori mezzi per misurare la potenza di un segnale elettrico presente a detto ingresso d’antenna e mezzi per trasmettere un dato associato a detta misura ad un dispositivo remoto.

Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente chiari dalla descrizione che segue.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

L’invenzione verrà descritta qui di seguito con riferimento ad esempi non limitativi, forniti a scopo esplicativo e non limitativo nei disegni annessi. Questi disegni illustrano differenti aspetti e forme di realizzazione della presente invenzione e, dove appropriato, numeri di riferimento illustranti strutture, componenti, materiali e/o elementi simili in differenti figure sono indicati da numeri di riferimento similari.

La figura 1 illustra schematicamente un sistema di monitoraggio secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

La figura 2 illustra uno schema a blocchi di un’unità di misura utilizzata nel sistema di fig. 1;

La figura 3 illustra uno schema a blocchi del sistema centrale di figura 1;

Le figura 4a e 4b presentano due schemi di flusso di due forme alternative di un metodo di monitoraggio secondo la presente invenzione;

La figura 5 illustra uno schema a blocchi di un’unità di misura secondo una forma di realizzazione alternativa a quella di figura 2;

La figura 6 illustra uno schema a blocchi di un’unità di misura secondo una forma di realizzazione alternativa a quella di figura 2;

La figura 7 Ã ̈ uno schema di flusso di un metodo di monitoraggio alternativo a quello di figura 4b;

Le figure 8a ed 8b illustrano schematicamente la ricezione di un segnale radio satellitare da parte di un’unità di misura del sistema di figura 1 ed il calcolo del posizionamento di precipitazioni piovose sul territorio.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE

Mentre l’invenzione à ̈ suscettibile di varie modifiche e costruzioni alternative, alcune forme di realizzazione relative illustrate sono mostrate nei disegni e saranno descritte qui di seguito in dettaglio. Si deve intendere, comunque, che non vi à ̈ alcuna intenzione di limitare l’invenzione alla specifica forma di realizzazione illustrata, ma, al contrario, l’invenzione intende coprire tutte le modifiche, costruzioni alternative, ed equivalenti che ricadano nell’ambito dell’invenzione come definito nelle rivendicazioni.

L’uso di “ad esempio†, “ecc.†, “oppure†indica alternative non esclusive senza limitazione a meno che non altrimenti indicato. L’uso di “include†significa “include, ma non limitato a †a meno che non altrimenti indicato.

Con riferimento alle figure 1 e 2 viene descritto un sistema di monitoraggio 1 che comprende una pluralità di unità di misure remote 2 in comunicazione con un sistema centrale 3.

Le unità di misura, meglio dettagliate nel seguito, ricevono un segnale radio satellitare da uno o più satelliti 4 e misurano la potenza del segnale elettrico generato in risposta alla ricezione delle onde elettromagnetiche che costituiscono il segnale radio satellitare. Nell’esempio di realizzazione preferito qui di seguito descritto, il/i satellite/i 4 trasmettono segnali a microonde in banda SHF (da 3 a 30 GHz), e più preferibilmente segnali con frequenza compresa tra 5 e 15 GHz, che risultano sensibili alla presenza d’acqua nella troposfera. Preferibilmente, i satelliti 4 trasmettono segnali televisivi commerciali, il che, come si vedrà poi, permette di realizzare un sistema di monitoraggio a basso costo sfruttando installazioni già esistenti per altri scopi.

Il valore di potenza misurato viene quindi trasferito al sistema centrale che elabora il dato e decide se inviare segnali di allarme a delle unità d’allarme remote 5 per allertare la popolazione di un rischio ambientale. Forme preferite, ma non limitative, di unità d’allarme possono essere delle centrali d’allarme (ad esempio una centrale della polizia), delle sirene d’allarme, dei telefoni cellulari o altri dispositivi in grado di generare un allarme (sonoro o visivo) locale. In particolare, in una forma di realizzazione preferita il sistema centrale avverte la popolazione di una zona a rischio mediante l’invio di messaggi di testo, ad esempio SMS (Short Message System) o MMS (Multimedia Message System); tuttavia altre soluzioni, quali l’invio di e-mail ed altri tipi di messaggio, sono possibili. In una forma particolarmente preferita, il sistema centrale allerta i gestori delle reti di telecomunicazioni presenti su un territorio a rischio, cosicché messaggi d’allarme possano essere inviati a tutti i terminali mobili che sono collegati ad una cella posta sul territorio a rischio ed appartenente ad una delle suddette reti di telecomunicazioni.

Entrando nel dettaglio delle unità di misura 2, nella forma di realizzazione preferita, illustrata con riferimento alla figura 2, queste comprendono una o più antenne 200, in particolare antenne paraboliche per la ricezione di segnali radio da satellite, ed un dispositivo di misurazione 2000.

Il dispositivo di misurazione 2000 comprende un connettore RF 201 per la connessione ad una linea a radiofrequenza, in particolare un cavo coassiale, che trasporta il segnale dall’antenna 200. Il connettore 201 permette pertanto di ricevere il segnale elettrico in uscita dall’antenna 200.

Un filtro RF 202, posto in serie al connettore RF 201 filtra il segnale ricevuto in una particolare banda e lo passa ad un modulo 203 che rileva la potenza del segnale ricevuto in tale banda. Nell’esempio di figura 2, il connettore 201 à ̈ collegato al cavo coassiale che arriva dall’antenna; come noto un’antenna satellitare comprende solitamente un LNB (Low Noise Block) che riceve il segnale raccolto dall’antenna, lo amplifica e lo converte ad una frequenza più bassa rispetto a quella ricevuta, tipicamente una frequenza compresa tra 950 MHz e 2,15 GHz. Il filtro 202 viene quindi tarato per filtrare un segnale in questa banda, così da misurare la potenza del segnale trasmesso dall’LNB.

Il modulo 203 fornisce il valore della potenza misurata ad un processore 204 che lo processa e genera un pacchetto dati pronto per essere ricevuto e trasmesso da un’interfaccia di rete 205.

Nella forma di realizzazione preferita, il pacchetto dati trasmesso comprende sia il valore della potenza misurata, sia un’informazione relativa al satellite che ha trasmesso il segnale radio, sia un’informazione relativa alla posizione o all’identificazione dell’unità di misura 2. Queste informazioni, come si vedrà meglio poi, permettono al sistema centrale di rilevare l’intensità delle precipitazioni nella troposfera attraversata dal segnale satellitare, e pertanto di localizzare le precipitazioni ed il rischio di precipitazioni sul territorio.

Nella forma di realizzazione preferita l’interfaccia di rete 205 comprende un modem UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) o GPRS (General Packet Radio Service) o HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) o LTE (Long Term Evolution) per la trasmissione di pacchetti dati attraverso una rete telefonica 6. In un’altra forma di realizzazione, l’interfaccia di rete 205 à ̈ un’interfaccia Ethernet o un’interfaccia WiFi o un’interfaccia di qualsiasi altro tipo noto. Preferibilmente, le unità di misura 2 vengono inserite in una rete SOS (Sensor Observation Service) di un sistema GIS (Geographic Information System) e presentano pertanto una corrispondente interfaccia di rete 205.

L’alimentazione dei vari componenti elettronici del dispositivo di misura 2000 à ̈ garantita da un modulo di alimentazione 206. Nella forma di realizzazione di figura 2, il modulo di alimentazione 206 à ̈ predisposto per prelevare una tensione da un cavo di rete o da una linea di comunicazione, ad esempio il modulo 206 può essere strutturato per collegarsi ad un cavo coassiale 207 di un impianto d’antenna, ad esempio un impianto MATV (Master Antenna TV), che porta dati ed alimentazione all’LNB dell’antenna satellitare, ad esempio mediante protocollo DiSEqC (Digital Satellite Equipment Control). In aggiunta o in alternativa all’alimentazione da cavo, il modulo 206 può essere predisposto per prendere una tensione di alimentazione da una rete elettrica o da una batteria.

Nell’esempio di figura 2, per poter prelevare la tensione di alimentazione dal cavo coassiale 207, il modulo di alimentazione 206 à ̈ collegato al connettore 201 che realizza sia la connessione con l’antenna 200, che quella con il cavo 207, permettendo di prelevare ed inserire segnali sul cavo 207.

In questa forma di realizzazione, attraverso il connettore 201 à ̈ quindi possibile prelevare il segnale ricevuto dall’antenna 200 per misurarne la potenza (attraverso i moduli 202 e 203), prelevare una tensione di alimentazione dal cavo 207 ed inserire sul cavo 207 il segnale ricevuto dall’antenna 200 per poterlo inviare ad un ricevitore 208, ad esempio un decoder televisivo.

Il modulo di alimentazione 206 comprende poi un convertitore in grado di fornire una o più tensioni d’uscita per alimentare i diversi componenti del dispositivo di misura 201.

L’unità di misura 2 sopra descritta permette quindi di rilevare la potenza di un segnale trasmesso da un satellite, come ad esempio un segnale televisivo satellitare. Ai fini del monitoraggio, infatti, il contenuto informativo del segnale satellitare non ha importanza, così nella forma di realizzazione preferita e vantaggiosa il sistema di monitoraggio sfrutta un segnale utilizzato anche per altri fini, ovvero che trasporta dati ed informazione destinati a dispositivi esterni al sistema. Questo consente di utilizzare parti di reti ed impianti già disponibili per altri scopi.

Il sistema centrale 3 riceve ed elabora i dati ricevuti dalle diverse unità di misura 2. Uno schema a blocchi del sistema centrale 3, secondo una prima forma di realizzazione, à ̈ illustrata in figura 3. Il sistema centrale 3 comprende un ricevitore 301 in grado di ricevere il dato trasmesso dall’unità di misura 2 e di trasmetterlo ad un’unità di controllo 302.

Quest’ultima comprende un processore 3020, una memoria di programma non volatile 3021. Il processore 3020 esegue un codice memorizzato nella memoria 3021 che permette di eseguire il metodo qui di seguito descritto con riferimento alla figura 4a per il monitoraggio di un territorio.

Il metodo inizia al passo 400, quando il processore riceve pacchetti dati dal ricevitore 301.

Successivamente, passo 401, il processore estrae il dato relativo alla misura della potenza del segnale ricevuto da un’unità di misura e la confronta con un valore di riferimento corrispondente ad una misura della potenza di un corrispondente segnale ricevuto dalla stessa unità di misura in condizioni di bel tempo. In una forma di realizzazione, il valore di riferimento con cui viene confrontata la misura viene inserito in fase di set-up del sistema ed aggiornato periodicamente in modo manuale o automatico, da remoto o in locale sul sito dove à ̈ posta l’unità di misura.

Dal confronto tra la potenza misurata dall’unità di misura ed il valore di riferimento, il processore 3020 calcola un’attenuazione del segnale che à ̈ legata all’intensità delle precipitazioni.

Successivamente, o mediante un processo (thread) eseguito in parallelo, il processore 3020 utilizza i dati relativi al satellite trasmittente ed all’unità ricevente per calcolare (passo 402) la traiettoria del segnale satellitare di cui si à ̈ ricevuta la misura di potenza.

Per il calcolo della traiettoria del segnale radio satellitare à ̈ necessario conoscere la posizione del satellite e dell’unità di misura. Queste informazioni possono essere trasmesse dall’unità di misura al sistema centrale, ma possono anche essere determinate a livello di sistema centrale a partire da altre informazioni trasmesse dalle unità di misura. Se le unità di misura sono fisse, ad esempio perché collegate ad un impianto televisivo domestico, il sistema centrale tiene memoria della loro posizione e di un loro identificativo, in questo modo quando riceve un segnale da un’unità di misura, può ricavarne la posizione mediante una tabella di confronto (look-up table). Anche la posizione dei satelliti può essere nota al sistema centrale senza bisogno di essere trasmessa. Nel caso il sistema sfrutti i segnali delle televisioni commerciali, i satelliti sono di tipo geostazionario e quindi, analogamente a quanto detto sopra per le unità di misura, conoscendo il satellite trasmittente à ̈ possibile ricavarne la posizione mediante una tabella di confronto (look-up table).

A partire dall’attenuazione e dalla traiettoria calcolate ai passi precedenti, si stima (passo 403) l’intensità di pioggia secondo la seguente formula:

√ (1)

dove à ̈ l’attenuazione specifica (dB/Km) del segnale radio ricevuto, calcolata dividendo per la lunghezza della tratta interessata dalle precipitazioni il rapporto (espresso in dB) tra la potenza del segnale elettrico misurato ed una potenza di riferimento misurata per un segnale elettrico generato in risposta alla ricezione di un segnale radio trasmesso dallo stesso satellite in condizioni di bel tempo. R à ̈ l’intensità di precipitazione (es. pioggia) in mm/h e i due parametri k ed α sono funzioni delle zone climatiche (latitudine e longitudine della stazione a terra) nonché della frequenza e polarizzazione dell’onda elettromagnetica. Tali parametri sono specificati dalla Raccomandazione ITU-R P.838.

Nella forma di realizzazione preferita, l’intensità delle precipitazioni in un dato territorio, viene quindi calcolata (passo 402 del metodo) a partire dalle intensità delle precipitazioni calcolate mediante la formula (1) a partire da segnali elettrici generati dalla ricezione di segnali radio che, ricevuti da più unità di misura, hanno traiettorie che attraversano una certa porzione di atmosfera.

Successivamente, passo 404, si stima la posizione delle precipitazioni atmosferiche. La stima della posizione delle precipitazioni viene qui di seguito spiegata con riferimento alle figure 8a ed 8b, che rappresentano una vista frontale e dall’alto, rispettivamente, di un’unità di misura 2 che riceve un segnale radio 80 dal satellite 4. Nota la posizione (longitudine, latitudine ed altezza sul livello del mare) dell’unità di misura 2 e del satellite 4, si calcola il punto P1 in cui il segnale radio intercetta l’isoterma H1 a 0°C ed inizia quindi ad essere soggetto a precipitazioni. In questo modo si può calcolare la lunghezza della tratta P1-2 del segnale radio satellitare soggetta a precipitazioni.

Proiettando sul territorio la tratta P1-2 del segnale radio soggetta a precipitazioni, si trova quindi un segmento AB del territorio soggetto a precipitazioni piovose con un’intensità data dalla formula (1).

Chiaramente altri metodi, eventualmente anche di per sé noti, possono essere utilizzati per il calcolo della posizione delle precipitazioni sul territorio, ad esempio si possono sfruttare metodi basati sul “mixing ratio†o il “mixing ratio a condensazione†.

La possibilità di predisporre a terra di una pluralità di antenne riceventi più satelliti, permette quindi di effettuare una cosiddetta tomografia degli strati atmosferici discretizzandoli in quota in funzione della discretizzazione al suolo. Quest’ultima à ̈ dettata dalla distribuzione delle unità di misura distribuite sul territorio. Tanto maggiore sarà tale distribuzione e tanto più fine sarà la discretizzazione sia planimetrica che altimetrica della troposfera. Tale discretizzazione fornisce una sorta di modello numerico tridimensionale, dove in ciascuna cella sarà stato valutato il contenuto di acqua nella forma liquida.

Calcolate le tratte dei segnali radio soggetti a precipitazioni atmosferiche (e conseguentemente le posizioni delle precipitazioni) e l’intensità di tali precipitazioni, l’unità processore 3020 genera, passo 405, una mappa delle precipitazioni, preferibilmente interpolando i dati di intensità e di posizione calcolati ai passi precedenti.

Il monitoraggio delle evoluzioni spazio-temporali dei fenomeni, integrata con le informazioni provenienti da altri sistemi (come, per esempio, dal GNSS) può contribuire ad una migliore stima delle previsioni a breve termine.

Nella forma di realizzazione di figura 4b, vengono mostrati i passi di un metodo alternativo a quello di figura 4a. In questa forma di realizzazione, l’unità di memoria 3021 comprende un modello idrogeologico del territorio da monitorare, il modello comprende quindi dati relativi all’orografia del territorio, al fondo e al percorso dei corsi d’acqua insistenti sul territorio.

In aggiunta alla generazione della mappa delle precipitazioni, sfruttando il modello del territorio da monitorare, il processore 3020 calcola (passo 406) la portata attesa di un corso d’acqua a partire dalla misura dell'intensità delle precipitazioni insistenti sulle diverse unità di misura 2 e delle analisi idrologiche (integrate nel modello) del corso d’acqua.

Calcolata la portata del corso d’acqua, al passo 407 il metodo prevede di calcolare l’andamento del pelo libero dell’acqua del corso d’acqua a partire dalla portata calcolata e dall’orografia del fondo del corso d’acqua, dato quest’ultimo disponibile all’interno del modello del territorio sopra menzionato.

Infine, passo 408, si determinano aree del territorio potenzialmente inondabili dal corso d’acqua sulla base dell’andamento del pelo libero dell’acqua e dell’orografia del territorio, anche questo essendo un dato del modello.

Nel caso in cui un territorio sia a rischio inondazione, il processore 3020 genera un segnale d’allarme (passo 409) che, nella forma di realizzazione preferita, viene trasmesso a delle unità d’allarme remote 5 mediante un trasmettitore 303.

La trasmissione dei segnali d’allarme avviene preferibilmente in modo criptato per evitare la manomissione dei dati.

Alternativamente o in aggiunta alla trasmissione del segnale d’allarme, lo stesso può essere visualizzato su un monitor del sistema centrale dove opera un operatore.

In caso di trasmissione alle unità d’allarme remote, il tipo di segnale d’allarme trasmesso dipende dal tipo di unità d’allarme. Ad esempio, il segnale d’allarme può essere un messaggio di testo (ad es. un SMS o un MMS) inviato ad un terminale remoto, in particolare un telefono cellulare.

Venendo al modello del territorio ed al calcolo del rischio ambientale, verrà calcolato il profilo della superficie libera della corrente per assegnata portata liquida, attraverso l’impiego di modelli idraulici monodimensionali, quali ad esempio il software HEC-RAS®; quindi si creeranno mappe di pericolosità attraverso una procedura automatica innovativa costruita in ambiente GIS che modella il processo di esondazione, per poi giungere alla perimetrazione delle aree potenzialmente a rischio inondazione, integrando tali mappe con informazioni relative alla vulnerabilità del territorio analizzato e degli elementi a rischio in esso presenti e quindi potenzialmente interessati al fenomeno.

Infatti, il “rischio†, definito per la prima volta all'interno di un rapporto UNESCO edito da Varnes e dalla IAEG (International Association for Engineering Geology and the Environment), à ̈ l'“entità del danno atteso in una data area e in un certo intervallo di tempo in seguito al verificarsi di un particolare evento calamitoso†. Dal punto di vista matematico, il rischio R viene calcolato come prodotto dei seguenti tre fattori:

1) H (pericolosità), probabilità che un evento calamitoso di una certa intensità vada ad interessare una data regione spaziale in una data finestra temporale;

2) E (elementi a rischio), opportuna grandezza indicativa degli elementi a rischio, tutti quei beni (e.g. popolazione, proprietà, attività produttive) presenti in una determinata area e quindi potenzialmente interessati dal fenomeno;

3) V (vulnerabilità), grado atteso di perdita degli elementi esposti, provocato dal verificarsi di un fenomeno calamitoso di intensità nota.

La conoscenza dettagliata del territorio e degli elementi che insistono su di esso permettono di effettuare, ad esempio in ambiente GIS, analisi di vulnerabilità (V) e localizzazione degli elementi a rischio (E). La mappa di pericolosità (H) sarà calcolata dalla procedura sopra descritta con riferimento alle figure 4a e 4b, implementabile sempre in ambiente GIS, noti che siano il modello altimetrico del territorio e costruito ed il profilo della superficie libera in corrispondenza dell’asse dell’alveo di un corso d’acqua. Il prodotto di tali fattori porterà alla produzione di mappe di potenziale rischio.

La procedura per la modellazione del fenomeno d'esondazione ha come caratteristica innovativa il fatto che, pur mantenendosi sostanzialmente con caratteristiche monodimensionali, tiene in conto della bidimensionalità sia del territorio che del fenomeno di esondazione, grazie alla ricorsività della procedura stessa.

Rispetto ad un modello effettivamente bidimensionale, che simula cioà ̈ la propagazione dell’acqua in tutte le direzioni del piano, questa procedura ha il vantaggio di richiedere un carico computazionale minore, permettendone l’applicazione a tratti di corso d’acqua anche molto lunghi, con estensione superiore ai 100 km; può tra l’altro essere applicata alla propagazione di un’onda di piena, noti i profili stazionari della superficie libera a diversi istanti, per ottenere l’evoluzione nel tempo del processo di inondazione. I modelli bidimensionali necessitano inoltre di una calibrazione spesso non agevole soprattutto su larga scala, che la presente procedura non richiede.

Alla luce di quanto sopra, Ã ̈ chiaro come il sistema ed il metodo di monitoraggio sopra descritti raggiungano gli scopi prefissati.

E’ chiaro inoltre che molte varianti possono essere apportate al sistema ed al metodo sopra descritto senza per questo fuoriuscire dall’ambito di protezione definito dalle rivendicazioni allegate.

Ad esempio, in figura 5 viene mostrata un’unità di misura 2 alternativa a quella sopra descritta con riferimento alla figura 2.

Nella forma di realizzazione di figura 5, l’unità di misura 2 comprende un dispositivo di misurazione 5000 comprende un ricevitore GNSS 209 che riceve segnali di tipo GNSS e ne misura la potenza e/o il ritardo così da poter calcolare (a livello di sistema centrale o di processore 204) la posizione e/o l’intensità di eventi atmosferici (ad es. precipitazioni piovose o vapore acqueo).

Un modulo 210, collegato al ricevitore 209, viene previsto per la misurazione della potenza e/o del ritardo del segnale e fornisce il dato misurato al processore 204 che provvede ad inoltrarlo al sistema centrale in modo analogo a quanto descritto con riferimento alla figura 2. Come noto, i segnali GNSS sono tipicamente trasmessi ad una frequenza più bassa di quelle utilizzate per le trasmissioni televisive. In particolare, i segnali GNSS sono solitamente trasmessi in banda L, ad esempio a circa 1,2 GHz e 1,5 GHz per il sistema GPS. A queste frequenze, l’attenuazione dei segnali radio dipende fortemente dal vapore acqueo più che dalle gocce d’acqua che precipitano; l’unità di misura di figura 5, pertanto permette di individuare la presenza di idrometeore e misurarne il vapore acqueo. Quest’informazione può essere utilizzata dal sistema di monitoraggio 1 per integrare l’informazione sulle precipitazioni misurata da altre unità di misura, ad esempio le unità provviste di dispositivo di misurazione 2000, che ricevono segnali a frequenze sensibili alle precipitazioni atmosferiche, ad esempio segnali delle televisioni commerciali.

Nella forma di realizzazione di figura 6, l’unità di misura comprende un dispositivo di misurazione che comprende componenti dei dispositivi 2000 e 5000 sopra descritti e può pertanto ricevere segnali di diverso tipo (es. TV satellitare e GNSS) per misurarne la potenza.

L’uso di un ricevitore GNSS permette poi di geolocalizzare il dato proveniente dai dispositivi di misura. In questo modo, qualora il dispositivo venga spostato, di volta in volta, comunicherà un’informazione sempre e univocamente legata alla propria posizione attuale.

Passando al metodo di monitoraggio, sopra descritto con riferimento alla ricezione di un unico dato per motivi di semplicità, à ̈ chiaro che si possono ottenere dati più precisi sulle precipitazioni interpolando dati provenienti da più unità di misura. Nell’esempio di figura 7, in aggiunta ai passi 400-410 sopra descritti con riferimento alla figura 4b, il metodo di monitoraggio prevede un’ulteriore passo (411) di calcolo delle traiettorie delle idrometeore.

Tale calcolo viene effettuato interpolando i dati ricevuti dalla moltitudine di unità di misura 2 distribuite sul territorio. Ogni unità di misura riceve segnali satellitari da uno o più satelliti e pertanto fornisce indicazioni sulle precipitazioni lungo una o più traiettorie. Interpolando i dati ricevuti dalle diverse unità di misura, pertanto, il sistema centrale à ̈ in grado di comprendere le traiettorie delle idrometeore e tenerne conto per prevedere l’andamento del pelo libero dell’acqua dei corsi d’acqua che insistono su un dato territorio, così da calcolare in modo più accurato il rischio ambientale e generare segnali d’allarme in tempo utile per prendere misure per tutelare la popolazione.

Nonostante l’invenzione sia stata sopra descritta con riferimento a ben determinati schemi a blocchi, à ̈ chiaro che tali blocchi hanno scopo puramente illustrativo delle funzioni del sistema e che pertanto lo stesso possa essere realizzato accorpando, integrando o separando i blocchi sopra illustrati.

Ugualmente, diversi dispositivi possono essere differentemente accorpati ed integrati, ad esempio il sistema centrale 3 può essere un sistema di tipo cloud, in cui diversi computer eseguono diverse porzioni del processo di calcolo del rischio ambientale.

In una forma di realizzazione, il dispositivo di misurazione (2000, 5000 o 6000 a seconda della forma di realizzazione scelta) viene realizzato come una scheda elettronica destinata ad essere integrata all’interno di decoder televisivi satellitari. Alternativamente, le funzioni di misurazione della potenza ed eventualmente di calcolo dell’intensità di pioggia secondo la formula (1), possono essere realizzate via software, aggiungendo porzioni di codice dedicate allo scopo al software di un ricevitore/decodificatore di segnali televisivi.

E’ quindi oggetto della presente descrizione, anche un ricevitore televisivo satellitare, comprendente un ingresso d’antenna per il collegamento ad un antenna atta a ricevere segnali televisivi satellitari, mezzi operativamente connessi all’ingresso d’antenna per decodificare i segnali elettrici presenti a detto ingresso d’antenna, il ricevitore essendo caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriori mezzi per misurare la potenza di un segnale elettrico presente a detto ingresso d’antenna e mezzi per trasmettere un dato associato a detta misura ad un dispositivo remoto (3).

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di monitoraggio ambientale (1) comprendente un sistema centrale (3) ed una pluralità di unità di misura remote (2) operativamente connesse al sistema centrale (3), in cui ogni unità di misura remota (2) comprende  un ricevitore (200-203) atto a ricevere un segnale radio trasmesso da un satellite (4) e a misurare la potenza di un segnale elettrico generato dalla ricezione del segnale radio,  un sistema di trasmissione (205) per trasmettere al sistema centrale un dato associato alla potenza misurata, un’informazione relativa a detto satellite ed un’informazione relativa all’unità di misura, ed in cui il sistema centrale (3) comprende  un ricevitore (301) per ricevere i dati trasmessi dalle unità di misura remote,  un’unità processore (3020) operativamente connessa al ricevitore (301) per calcolare, sulla base dei dati trasmessi dalle unità di misura remote (2), le traiettorie dei segnali radio ricevuti dalle unità di misura, l’intensità e la posizione sul territorio di fenomeni atmosferici che attenuano i segnali radio ricevuti da detta pluralità di unità di misura.
2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui almeno un’unità di misura di detta pluralità comprende un ricevitore atto a ricevere un segnale radio in banda SHF, ed in cui l’unità processore à ̈ atta a calcolare l’intensità e la posizione di pioggia che attenua il segnale radio in banda SHF.
3. 3. Sistema secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui almeno un’unità di misura di detta pluralità comprende un ricevitore atto a ricevere segnali radio con frequenza compresa tra 1 e 2 GHz, in particolare segnali di tipo GNSS, ed in cui l’unità processore à ̈ atta a calcolare la posizione di vapore acqueo che attenua e/o ritarda il segnale radio ricevuto con frequenza compresa tra 1 e 2 GHz.
4. 4. Sistema secondo la rivendicazione 3, in cui il ricevitore radio atto a ricevere segnali radio con frequenza compresa tra 1 e 2 GHz à ̈ un ricevitore GNSS in grado di rilevare una posizione del ricevitore stesso, ed in cui l’unità di misura à ̈ atta a trasmettere la posizione rilevata a detto sistema centrale.
5. 5. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il sistema centrale comprende ulteriormente una memoria di programma (3021) contenente righe di codice di un modello elettronico di un territorio da monitorare, il modello comprendendo dati relativi all’orografia del territorio, ed in cui l’unità processore à ̈ atta a calcolare, sulla base delle informazioni contenute nel modello elettronico del territorio e dei dati trasmessi dalle unità di misura remote (2), un rischio ambientale per detto territorio, detto rischio ambientale essendo un rischio derivante da precipitazioni atmosferiche.
6. 6. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti quando dipendenti dalla rivendicazione 2, in cui il sistema centrale à ̈ atto a calcolare una tratta del segnale interessata da precipitazioni e a calcolare l’intensità di pioggia secondo la seguente formula: √ dove R à ̈ l’intensità di precipitazione (es. pioggia) in mm/h, k ed sono costanti scelte in funzione della posizione del territorio e della frequenza e polarizzazione del segnale satellitare, à ̈ l’attenuazione specifica calcolata per il segnale radio ricevuto, detta attenuazione specifica essendo calcolata dividendo per la lunghezza della tratta interessata dalle precipitazioni il rapporto (espresso in dB) tra la potenza del segnale elettrico misurato ed una potenza di riferimento misurata per un segnale elettrico generato in risposta alla ricezione di un segnale radio trasmesso dallo stesso satellite in condizioni di bel tempo.
7. 7. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il sistema centrale comprende ulteriormente mezzi di trasmissione per trasmettere segnali d’allarme ad almeno un’unità di allarme remota posta in un’area del territorio in cui il rischio ambientale calcolato dall’unità processore supera un valore di soglia.
8. 8. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, in cui almeno un’unità di misura di detta pluralità à ̈ collegata ad un impianto televisivo domestico ed in cui il segnale elettrico di cui si misura la potenza à ̈ il segnale trasmesso da un’antenna dell’impianto televisivo verso un ricevitore televisivo domestico.
9. 9. Metodo per il monitoraggio di un territorio, in cui - si ricevono in punti diversi del territorio una pluralità di segnali radio trasmessi da almeno un satellite, - per ogni segnale radio ricevuto da un determinato satellite o si calcola una lunghezza di una tratta del segnale radio interessata da precipitazioni atmosferiche, o si misura la potenza di un segnale elettrico generato dalla ricezione del segnale radio, o si calcola un rapporto tra la potenza misurata ed un valore di riferimento, detto valore di riferimento essendo una misura della potenza di un corrispondente segnale elettrico generato dalla ricezione di un segnale radio trasmesso dallo stesso satellite in condizioni di bel tempo, o a partire da detto rapporto e da detta lunghezza di una tratta, si stima l’intensità e la posizione delle precipitazioni che lo hanno attenuato rispetto alle condizioni di bel tempo, - sulla base delle informazioni sull’intensità e posizione delle precipitazioni che hanno attenuato detta pluralità di segnali radio ricevuti, si genera una mappa delle precipitazioni.
10. 10. Ricevitore televisivo satellitare, comprendente un ingresso d’antenna per il collegamento ad un antenna atta a ricevere segnali televisivi satellitari, mezzi operativamente connessi all’ingresso d’antenna per decodificare i segnali elettrici presenti a detto ingresso d’antenna, il ricevitore essendo caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriori mezzi per misurare la potenza di un segnale elettrico presente a detto ingresso d’antenna e mezzi per trasmettere un dato associato a detta misura ad un dispositivo remoto (3).